电渣重熔技术的前世今生

    好的，闲话不多说，我们来讲一讲电渣重熔的前世今生。当然，在这之前要提及一些金属材料冷热加工的基本知识，希望大家能够看完。
    首先，我们大家都知道，工业上想要制造一个部件，一般是经过了原料—毛坯—产品的过程。而影响部件力学性能的最大因素，可以说就是制造毛坯时采用的工艺。
    制造毛坯的工艺有很多，但是最为常见的还是铸造和锻造两种。铸造，大家想必都很熟悉，先做成一个模子，然后倒进铁水（或者别的什么，这里就只讲钢铁了）；锻造呢，就好像我们看古装电视剧里面的铁匠，把原材料烧红了之后使用气锤乃至水压机进行捶打，锻压，轧制甚至冲压，最后成形。那么，这两种方式到底有什么优劣呢？请听小黑我慢慢道来。

    先说铸造。铸造的优点就是方便快捷，成本低廉，最重要的是易于铸造一些模样奇葩的铸件，也就是说需要进一步机加工的工作量小。但是，铸造的缺点也非常明显。
    首先，我们都知道有个“热胀冷缩”的规律。金属液倒进模子，我们都知道肯定是靠近外壳的部分冷却较快（散热面积比较大），那么等到中央的部分冷却凝固，金属的体积肯定不足够充填铸件。这样一来，就在铸件的内部留下了很多小空洞。放在一般的生产中还没什么，但是若是军工产品，那么这样的缩孔就非常危险了。为此，采用了所谓的“顺序凝固”法，也就是在设计铸件的时候加上一块无用的部分（冒口），然后在铸件上面安置冷铁。凝固的时候，先凝固的部分产生的缩孔，可以由后凝固的部分补充，最后所有的缩孔都集中在冒口，只要把冒口切掉就行了。
    但是，且慢！这样一来，虽然减少了缩孔，但是新的问题却产生了——热应力。也很好理解，先冷却的部分有一个收缩的趋势，肯定就要“拉扯”后冷却的部分。举个例子吧，两个身高相仿的人背靠背绑在一起，其中一人如果要弯腰，那么另外一人要么被背起来，要么就会扛住那个人让他无法行动，这就是所谓的“应力”。如果应力超过了材料的限度，那么就会出现裂纹。即使没有开裂，作为军品来讲，存在应力集中点也是极端不安全的。（应力集中点非常脆弱，比方说大家平时撕开塑料包装袋的时候总喜欢从那个“缺口”下手，那个“缺口”其实就是一个应力集中点。）
    其次，我们都知道纯铁的性能是不能满足人们要求的。想要更好的力学性能，就非要添加各种元素做成合金钢不可。但是，在铸造过程中，合金元素不见得就会那么均匀的凝固，非常容易造成元素分布不均，影响铸件的各项性能。
    最后，一般的铸造都不免要和空气进行接触，这样有两大危害。第一，空气进入铸件，未必会及时排出，那样就会造成“气孔”。和缩孔一样，这种缺陷对于性能的影响自不必说。第二，就是所谓的“烧蚀”。比方说，空气中的氧进入铸件，就要和金属液里面的元素发生反应。例如重要的合金元素“硅”和“钛”，就很容易和氧气反应。自不必说，这样生产出的铸件，绝对是达不到原材料合金的应有性能的。当然，为了改善这种情况，也有各种真空或者保护气铸造，但是成本一般较高。

    先说铸造。铸造的优点就是方便快捷，成本低廉，最重要的是易于铸造一些模样奇葩的铸件，也就是说需要进一步机加工的工作量小。但是，铸造的缺点也非常明显。
    首先，我们都知道有个“热胀冷缩”的规律。金属液倒进模子，我们都知道肯定是靠近外壳的部分冷却较快（散热面积比较大），那么等到中央的部分冷却凝固，金属的体积肯定不足够充填铸件。这样一来，就在铸件的内部留下了很多小空洞。放在一般的生产中还没什么，但是若是军工产品，那么这样的缩孔就非常危险了。为此，采用了所谓的“顺序凝固”法，也就是在设计铸件的时候加上一块无用的部分（冒口），然后在铸件上面安置冷铁。凝固的时候，先凝固的部分产生的缩孔，可以由后凝固的部分补充，最后所有的缩孔都集中在冒口，只要把冒口切掉就行了。
    但是，且慢！这样一来，虽然减少了缩孔，但是新的问题却产生了——热应力。也很好理解，先冷却的部分有一个收缩的趋势，肯定就要“拉扯”后冷却的部分。举个例子吧，两个身高相仿的人背靠背绑在一起，其中一人如果要弯腰，那么另外一人要么被背起来，要么就会扛住那个人让他无法行动，这就是所谓的“应力”。如果应力超过了材料的限度，那么就会出现裂纹。即使没有开裂，作为军品来讲，存在应力集中点也是极端不安全的。（应力集中点非常脆弱，比方说大家平时撕开塑料包装袋的时候总喜欢从那个“缺口”下手，那个“缺口”其实就是一个应力集中点。）
    其次，我们都知道纯铁的性能是不能满足人们要求的。想要更好的力学性能，就非要添加各种元素做成合金钢不可。但是，在铸造过程中，合金元素不见得就会那么均匀的凝固，非常容易造成元素分布不均，影响铸件的各项性能。
    最后，一般的铸造都不免要和空气进行接触，这样有两大危害。第一，空气进入铸件，未必会及时排出，那样就会造成“气孔”。和缩孔一样，这种缺陷对于性能的影响自不必说。第二，就是所谓的“烧蚀”。比方说，空气中的氧进入铸件，就要和金属液里面的元素发生反应。例如重要的合金元素“硅”和“钛”，就很容易和氧气反应。自不必说，这样生产出的铸件，绝对是达不到原材料合金的应有性能的。当然，为了改善这种情况，也有各种真空或者保护气铸造，但是成本一般较高。

板凳茶水月饼准备好，等开场。

      那铸造的毛病那么多，锻造法的情况如何呢？
    首先要说，锻造法得到的锻件，其性能比较铸造法，是要强出不少的。因为直接使用合金钢的母材锻造，没有改变原有的元素配比，还通过锻造细化了晶粒，性能还有所改善。但是，小黑又要说但是，锻造的缺点主要有两个。
    第一个缺点，就是生产周期长。钢铁，尤其是力学性能优异的合金钢，可不是能够捏来捏去的橡皮泥。想要把母材给锻打成想要的毛坯，就非要花上老长的时间不可。比方说我们现在用来锻造大飞机机身部件的2万吨水压机，它的生产效率就不是很高。在很多时候（比如坦克或者军舰的装甲），都是先轧制出板材，再焊接或者铆接成形。
第二，就是成本问题。锻造设备的占地和成本先不说，就光说无法直接得到形状复杂的毛坯这一点，就需要使用切削加工。耗时耗力不说，切下来的部分大多就作为“废料”处理了。这样一来，势必造成很大的浪费。（即使说这些废料再次利用，消耗掉的能源，时间和刀具都浪费了）

看上去不错~ 来学习下~

赶上直播里 楼主快点铸造锻造偶都懂

黑金黑装备 发表于 2014-9-9 20:47
先说铸造。铸造的优点就是方便快捷，成本低廉，最重要的是易于铸造一些模样奇葩的铸件，也就是说需要进 ...
外壳冷却快的主要原因恐怕是因为存在热交换界面吧。这里用“散热面积”似乎不合适

     当然了，咱们混军坛的朋友，大多数也都知道我国的激光快速成型（3D打印）技术比较先进，即使不说世界第一，至少也是全球最顶尖的水平。那么，使用3D打印来制造大型部件好不好呢？
    问题还是有的。至少说到目前为止，激光快速成型仍然只适用于快速生产出客户所需要的样品。对于该生产工艺的问题，小黑并没有太多了解，也不敢在大拿面前班门弄斧，只能说3D打印在目前还不能说是一种非常可靠的生产工艺。当然，有我国和欧美科学家的努力，相信在不远的将来，激光快速成型技术会有一个大发展。

收藏学习涨姿势

等着呢，亲

搬个小板凳，汽水瓜子备好，坐等楼主科普

赶上直播里,快点继续。。。

前排兜售汽水瓜子花生米。

写得不错，坐等更新

      好了，说了这么多，终归说道我们的主题——电渣重熔技术了。
    按小黑的看法，要说电渣重熔的起源，还要说老毛子的巴顿焊接研究所。当年，老毛子在搞电弧焊的时候，发现了问题。我们都知道所谓电弧焊，就是拿一根焊条接上电源，然后把你的焊件接上另一头，然后轻轻一摩擦就能拉出一道高温的电弧进行焊接。但是在1953年，一位毛熊（小黑没有毛语输入法，打不出名字）发现，在电弧焊的过程中电弧熄灭了，但是焊接仍然在继续，也就是说焊渣（也可叫做“电渣”）起到了引导电流和发热的作用，而且这样焊接出来的焊件力学性能优良，这一点迅速引起了毛熊技术专家的注意，他们在电弧焊的基础上发展了电渣焊技术。

e8098 发表于 2014-9-9 20:53
外壳冷却快的主要原因恐怕是因为存在热交换界面吧。这里用“散热面积”似乎不合适
是这样。但是原理是一样的，总之就是外壳部分散热较快，为了行文流畅，小黑的某些专业用语肯定不那么严谨，错漏难免，希望各位海涵

坐等更新，学习涨知识⊙▽⊙

俺也来学习学习！

继续等  看下文

楼主还没有说到重点啊！
干货还没见到！
想想当年考的材料专业打算报效祖国……结果十年后混了个假买办混吃等死，唉

快点更新，我旁边坐着位钢铁厂的技术员

楼主还没有说到重点啊！
干货还没见到！
想想当年考的材料专业打算报效祖国……结果十年后混了个假买办混 ...
何谓假买办？中国人注册的外国公司？

      当然，当时的毛熊并没有就此止步。当时钛合金的应用方兴未艾，西欧发达国家冶炼特种金属的主要方法是真空电弧炉。但是电弧炉非常昂贵，当时的毛熊难以负担，所以考虑到电渣焊的原理，毛熊的技术专家，二毛科学院院士梅多瓦尔（这位老先生于2000年去世）组织专家组，在1958年攻关出了电渣炉铸造金属锭的技术。
    电渣炉的原理并不复杂。一个底端导电的圆筒（当然，后来随着技术的进步，也不止用来铸造圆筒，也可以铸造其他形状的金属锭），最底下铺着导电的固体电渣。用于熔炼的母材作为一个电极伸入圆筒，另一个电极接在圆筒的底端。一旦接通电源，很大的电流通过熔炼系统，发出的高热熔化了电渣（一般熔点较母材为低），然后又熔化了母材。母材穿过电渣沉入容器底部然后迅速冷却，电渣逐渐上浮，直到整条母材熔炼完毕为止。

搬个凳子听楼主科普~

这个科普做的好，赞一个

不错不错，多搞点科普，少喷点口水。

rikeet 发表于 2014-9-9 21:08
何谓假买办？中国人注册的外国公司？
就是还没到买办的资格……

哎哟，直播诶，这个要看看，太专业的看不懂，这个刚刚好，楼主加油

楼主普利子够昂

       当然，真正的电渣炉有很多技术细节，不是小黑几句话能够说清楚的。我这里只是说个大概。真正的重点在于，电渣重熔技术和一般的铸造比起来，优越性在哪里？更进一步说，为什么会有这样的优点？待小黑一点点的给大家分析。
    首先，电渣重熔的时候，我们可以看到熔化的金属可以说是很快的凝固，所以可以最大程度上保证铸件的化学组成和金属母材一致，而且由于不是像一般的铸造那样大量金属液一次性凝固，也不用担心缩孔和缩松问题，热应力自然也就少了；其次，在熔化金属和空气之间，存在着电渣的保护，所以也不必担心有外界的气体进入造成气孔或者烧蚀；最后一点，也是电渣重熔技术的王牌，那就是电渣能够自发吸收母材中的杂质。可以自豪的说，这一观点是由我国科学家首先提出的，并且得到了实验的证实。那么，电渣重熔铸造的金属锭不光质量没有下降，甚至在某种程度上还有提高，甚至可以说是使用铸造的方法达到了锻造的效果。

写的挺好，请继续。

电渣压力焊     焊钢筋    有关联没

好吧，我旁边这位钢铁厂技术员没有接触过这个，只是知道有这样一个技术。。所以，楼主加油。。

    当然了，讲到电渣重熔技术，就不得不提到我国在这方面的发展。我国在这方面的起步，是1958年苏联的大规模援建。当时的电渣重熔技术在苏联也是绝密的高新技术，所以没有教给中国。但是其前置的“电渣焊”技能，苏联却没那么吝啬，作为公开技术给了我们。看到这里，请各位看官回想一下，毛熊是怎么发明电渣重熔的来着？对了，我国的科学工作者，正是在58年，采用电渣焊解决焊材热裂缝的问题时发现了这一现象，很快的在1959年制造出了简单的电渣炉原型，并在1960年制造了我国的第一个工业用电渣炉，容量100千克。在1969年，我国就已经开始使用电渣重熔技术铸造榴弹炮的炮管和潜望镜，可以说在这方面并不落后于潮流。

小黑又手贱去玩游戏了……明天保证更完，大概是明晚10点继续开更（明天晚上有课，要上到10点）

尼玛要太监啊。。。。

我靠楼主你不能太监啊

Caldullfe 发表于 2014-9-9 21:28
电渣压力焊     焊钢筋    有关联没
电渣重熔技术就是从电渣焊发展来的

难道最关键的技术是固体电渣的配方？